LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR STABILISASI SEMEN DAN FLY ASH PADA TANAH LEMPUNG EKSPANSIF The stabilization cement and fly ash of Expansive Clay Soil Diajukan untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana Tingkat Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang disusun oleh : Aditya Rakhman Heryono L2A3 00 003 Wahyu Eko Sulistyo L2A3 00 160 Menyetujui, Semarang, Februari 2007 Dosen Pembimbing I, Dosen Pembimbing II, Ir. Siti Hardiyati, Sp1, MT. Ir. Indrastono Dwi A, M.Eng. NIP. 130 896 243 NIP. 131 773 820 Mengetahui, Ketua Pelaksana Ekstensi Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Ir. Moga Narayudha, SP1. NIP. 130 810 731 ii
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan berkah dan rahmat-nya sehingga kami dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir dengan judul Stabilisasi Semen dan Fly Ash Pada Tanah Lempung Ekspansif disusun untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana tingkat Strata Satu (S1) pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Diponegoro. Pada kesempatan ini kami ingin mengucapkan rasa hormat dan terima kasih yang setulus-tulusnya kepada semua pihak yang telah membantu dan memberikan dorongan kepada kami selama penyusunan Tugas Akhir ini, antara lain : 1. Ir. Bambang Pudjianto, MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Diponegoro. 2. Ir. Sri Sangkawati, MS. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Diponegoro. 3. Ir. Moga Narayuda, SP1 selaku Ketua Pelaksana Program Ekstensi Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Diponegoro. 4. Dr. Ir. Sri Prabandiyani, MSc., MIEAust., CPEng. selaku Ketua Laboratorium Mekanika Tanah. 5. Ir. Siti Hardiyati, Sp1, MT. selaku Dosen Pembimbing I Tugas Akhir yang telah memberikan masukan dan bimbingan kepada penulis. 6. Ir. Indrastono Dwi A, M.eng. selaku Dosen Pembimbing II Tugas Akhir yang telah memberikan masukan dan bimbingan kepada penulis. 7. DR.Ir. Robert J Kodoatie, Meng dan Ir. Hari Warsianto, MS. selaku Dosen Wali. 8. Seluruh Dosen Pengajar beserta Staf Pengajaran Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Diponegoro. 9. Seluruh karyawan Laboratorium Mekanika Tanah Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Diponegoro. iii
10. Teman-teman angkatan 2000 yang telah memberikan dukungannya.. 11. Semua pihak yang belum kami sebut tetapi telah memberikan bantuan materiil dan moril. Dengan kerendahan hati kami menyadari kekurangan dan keterbatasan yang kami miliki sehingga dalam penyusunan Tugas Akhir ini jauh dari sempurna, Oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat kami nantikan. Semoga bermanfaat bagi semua pihak. Semarang, Februari 2007 Penyusun iv
DAFTAR ISI Judul........ i Lembar Pengesahan............... ii Intisari................ iii Kata Pengantar.........iv Daftar Isi....... v Daftar Tabel...... ix Daftar Gambar...... xi Daftar Notasi...... xiii Bab 1. Pendahuluan.... 2 1.1 Umum.......... 2 1.2 Latar Belakang.......... 2 1.3 Maksud dan Tujuan............. 3 1.2 Maksud Penelitian........... 3 1.2 Tujuan Penelitian........... 4 1.4 Lokasi Penelitian...... 4 1.5 Batasan Masalah......... 5 1.6 Sistematika Penulisan...... 6 Bab 2. Tinjauan Pustaka......... 8 2.1 Umum............ 8 2.2 Stabilisasi Tanah Dengan Semen Dan Fly Ash....... 11 2.3 Klasifikasi Tanah Berdasarkan Pemakaian.......... 13 2.4 Tanah Lempung Berpotensi Ekspansif.......... 14 2.5 Lempung dan Mineral Penyusunnya......... 15 2.5.1 Struktur Mineral Penyusun Lempung.. 16 2.5.2 Sifat Umum Mineral Lempung...... 20 2.6 Identifikasi Tanah Lempung Ekspansif............ 23 2.6.1 Identifikasi Mineralogi........ 23 2.6.2 Cara Tidak Langsung....... 24 v
2.6.2.1 Atterberg Limit....... 24 2.6.2.2 Linear Shrinkage....... 25 2.6.2.3 Free Swell......... 25 2.6.2.4 Coloid Content....... 26 2.6.2.5 Metode Klasifikasi (Metode USBR)... 27 2.6.2.6 Activity Method....... 28 2.6.3 Metode Pengukuran Langsung...... 30 2.7 Faktor Pengaruh dalam Proses Mengembang....... 31 2.8 Batas-Batas Konsistensi Tanah............. 33 2.8.1 Kegunaan Batas-Batas Konsistensi Tanah.... 33 2.8.2 Batas Cair........... 33 2.8.3 Batas Plastis......... 34 2.8.4 Batas Susut......... 34 2.8.5 Indeks Plastis......... 35 2.9 Parameter Kuat Geser Tanah C dan φ..... 35 2.10 Kembang Susut Tanah..... 38 2.10.1 Pengujian Persentase Mengembang....... 38 2.10.2 Pengujian Tekanan Mengembang...... 39 2.11 Bahan-bahan Yang Digunakan Untuk Campuran Tanah Lempung Ekspansif..... 40 2.11.1 Semen....... 40 2.11.2 Fly Ash (abu terbang batu bara)... 41 Bab 3. Metodologi Penelitian........ 44 3.1 Umum............ 44 3.2 Pengambilan Sample...... 45 3.2.1 Pengambilan contoh tanah.... 45 3.2.1.1 Boring.... 45 3.2.1.2 Sampling.......... 46 3.2.2 Semen............ 47 3.2.3 Fly Ash............ 49 vi
3.3 Tahap Persiapan......... 49 3.3.1 Identifikasi Tanah............ 50 3.3.1.1 Soil Test....... 51 3.3.1.1.1 Berat Isi Tanah....... 51 3.3.1.1.2 Kadar Air....... 52 3.3.1.1.3 Berat Jenis....... 53 3.3.1.2 Grain Size dan Sieve Analysis..... 55 3.3.2.1.1 Analisa Ayakan...... 55 3.3.2.1.2 Hidrometer..... 56 3.3.1.3 Batas-Batas Konsistensi....... 57 3.3.1.3.1 Batas Cair........ 58 3.3.1.3.2 Batas Plastis....... 60 3.3.1.3.3 Batas Susut....... 62 3.3.2 Penetapan Nilai OMC......... 64 3.4 Tahap Pelaksanaan......... 66 3.4.1 Pembuatan Benda Uji.... 66 3.4.2 Kombinasi Pencampuran Tanah Dengan Semen dan Fly Ash...... 67 3.4.3 Pengujian Kuat Tekan Bebas...... 67 3.4.4 Pengujian Prosentase Mengembang...... 69 3.4.5 Pengujian Tekanan Mengembang...... 71 3.4.6 Pengujian Shrinkage...... 72 3.4.7 Pengujian Atterberg Limits...... 73 Bab 4. Hasil dan Analisa........ 75 4.1 Pengambilan Sampel..... 75 4.2 Pemeriksaan Sifat Tanah (Uji Indeks Tanah)... 75 4.3 Penetapan Kadar Air Optimum (OMC).... 77 4.4 Pemeriksaan Berat Jenis Semen....... 78 4.5 Pengujian Fly Ash......... 78 4.6 Pengaruh Semen dan Fly Ash Terhadap Sifat fisik dan Mekanis Tanah Lempung Godong Purwodadi...... 79 vii
4.6.1 Pengaruh Semen dan Fly Ash Terhadap Nilai Batas Atterberg...... 79 4.6.2 Pengaruh Semen dan Fly Ash Terhadap Nilai Kuat Tekan Bebas...... 80 4.6.3 Pengaruh Semen dan Fly Ash Terhadap Kemampuan Mengembang......81 4.6.4 Pengaruh Semen dan Fly Ash Terhadap Tekanan Mengembang.........81 4.6.5 Pengaruh Semen dan Fly Ash Terhadap Nilai Shrinkage......... 82 4.6.6 Pengaruh Semen dan Fly Ash Terhadap Distribusi Ukuran Butiran......... 82 4.7 Pengaruh Waktu Pemeraman Terhadap Sifat Mekanis Tanah Lempung Godong Purwodadi Dengan Semen dan Fly Ash... 83 4.7.1 Pengaruh Waktu Pemeraman Terhadap Nilai Kuat Tekan Bebas Tanah campuran...... 83 4.7.2 Pengaruh Waktu Pemeraman Terhadap Potensi Mengembang Tanah campuran...... 87 4.7.3 Pengaruh Waktu Pemeraman Terhadap Nilai Tekanan Mengembang Tanah campuran...... 90 Bab 5. Penutup........... 95 5.1 Kesimpulan........ 95 6.2 Saran... 96 Daftar Pustaka xvii Lampiran...... xix Dokumentasi........ xx viii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Klasifikasi tanah untuk lapisan tanah dasar jalan raya... 13 Tabel 2.2 Kisaran kapasitas tukar kation...... 20 Tabel 2.3 Hubungan potensial mengembang dengan indeks plastis.. 24 Tabel 2.4 Klasifikasi potensi mengembang berdasarkan Atterberg limit... 25 Tabel 2.5 Kriteria identifikasi tanah lempung ekspansif metode USBR... 27 Tabel 2.6 Hubungan aktifitas dengan mineral... 28 Tabel 2.7 Harga konsistensi tanah berdasarkan harga kekuatan tanah.. 37 Tabel 2.8 Persyaratan, Standart komposisi kimia Portland Cement.. 41 Tabel 3.1 Jumlah benda uji untuk pengujian kuat tekan bebas... 69 Tabel 3.2 Jumlah benda uji untuk pengujian prosentase mengembang 70 Tabel 3.3 Jumlah benda uji untuk pengujian tekanan mengembang. 71 Tabel 3.4 Jumlah benda uji untuk pengujian shrinkage...... 72 Tabel 3.5 Jumlah benda uji untuk pengujian atterberg limit..... 73 Tabel 4.1 Karakteristik tanah asli... 75 Tabel 4.2 Hasil pengujian berat jenis Portland Cement... 78 Tabel 4.3 Hasil pengujian komposisi kimia fly ash... 78 Tabel 4.4 Hasil uji batas-batas Atterberg pada tanah asli dan campuran... 79 Tabel 4.5 Nilai uji kuat tekan bebas pada tanah asli dan campuran.. 80 Tabel 4.6 Nilai uji potensi mengembang pada tanah asli dan campuran... 81 Tabel 4.7 Nilai uji tekanan mengembang pada tanah asli dan campuran... 81 Tabel 4.8 Hasil uji shrinkage pada tanah asli dan campuran... 82 Tabel 4.9 Nilai uji kuat tekan bebas tanah campuran pada waktu pemeraman... 83 Tabel 4.10 Nilai uji potensi mengembang tanah campuran pada waktu ix
Tabel 4.11 Tabel 4.12 Pemeraman... 87 Nilai potensi mengembang, kadar air dan selisih kadar air pada tanah campuran semen dan fly ash... 90 Nilai uji tekanan mengembang tanah campuran pada waktu Pemeraman...... 90 x
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Peta lokasi pengambilan sampel... 4 Gambar 2.1 Hubungan Pengaruh waktu pemeraman dengan (UCS) pada tanah yang Dicampur dengan prosentase 5 % semen... 11 Gambar 2.2 Single silica tetrahedral...... 16 Gambar 2.3 Isometric Silica sheet... 16 Gambar 2.4 Single alumunium octahedron... 17 Gambar 2.5 Isometric octahedral sheet...... 17 Gambar 2.6 Struktur kaolinite......... 18 Gambar 2.7 Strutur Montmorillonite...... 18 Gambar 2.8 Struktur illite......... 19 Gambar 2.9 Molekul air dipolar dalam lapisan ganda...... 21 Gambar 2.10 Mekanisme kembang susut pada partikel lempung... 23 Gambar 2.11 Mekanisme kembang susut pada partikel lempung yang stabil........ 23 Gambar 2.12 Hubungan potensi mengembang dengan kadar lempung... 26 Gambar 2.13 Hubungan prosentase mengembang dengan kandungan koloid, PI dan batas susut... 27 Gambar 2.14 Grafik klasifikasi potensi mengembang... 29 Gambar 2.15 Hubungan potensi mengembang dengan kadar air dan kepadatan... 31 Gambar 2.16 Batas-batas atterberg limit... 33 Gambar 2.17 Keruntuhan geser kondisi air termampatkan... 37 Gambar 2.18 Perbandingan uji tekan tak tersekat UC dan UU dari tanah lempung jenuh air... 38 Gambar 2.19 Penentuan tekanan mengembang metode B (ASTM)... 40 Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian...... 44 Gambar 3.2 Botol Le Chatelir...... 49 Gambar 4.1 Distribusi butiran hasil uji hidrometer dan analisa saringan tanah asli... 76 xi
Gambar 4.2 Klasifikasi tanah asli menurut sistem AASHTO... 77 Gambar 4.3 Nilai OMC dengan standart proctor... 77 Gambar 4.4 Grafik hubungan antara atterberg limit dengan variasi komposisi PC dan FA kondisi 0 hari... 80 Gambar 4.5 Distribusi butiran hasil uji hidrometer dan analisa saringan tanah campuran... 82 Gambar 4.6 Grafik UCS untuk masimg-masing tanah campuran dalam kondisi pemeraman 0 hari... 84 Gambar 4.7 Grafik UCS untuk masimg-masing tanah campuran dalam kondisi pemeraman 3 hari... 85 Gambar 4.8 Grafik UCS untuk masimg-masing tanah campuran dalam kondisi pemeraman 7 hari... 85 Gambar 4.9 Grafik hubungan antara Qu dengan variasi komposisi PC dan FA pada waktu pemeraman... 86 Gambar 4.10 Grafik potensi mengembang tanah campuran dalam kondisi pemeraman 0 hari... 88 Gambar 4.11 Grafik potensi mengembang tanah campuran dalam kondisi pemeraman 3 hari... 88 Gambar 4.12 Grafik potensi mengembang tanah campuran dalam kondisi pemeraman 7 hari... 89 Gambar 4.13 Grafik hubungan antara potensi mengembang dengan variasi komposisi PC dan FA pada waktu pemeraman... 89 Gambar 4.14 Grafik tekanan mengembang tanah campuran dalam kondisi pemeraman 0 hari... 91 Gambar 4.15 Grafik tekanan mengembang tanah campuran dalam kondisi pemeraman 3 hari... 91 Gambar 4.16 Grafik tekanan mengembang tanah campuran dalam kondisi pemeraman 7 hari... 92 Gambar 4.17 Grafik hubungan antara tekanan mengembang dengan variasi komposisi PC dan FA pada waktu pemeraman... 93 xii
DAFTAR NOTASI A Activity A Angstrom ASTM American Society for Testing and Materials AASHTO American Association Of State Highway and Transportation and Official C Fraksi lempung cu Consolidated undrained c Kohesi d Diameter e Angka pori e o Gs γ Angka pori awal Berat jenis tanah (Spesific Gravity) Berat isi tanah γ d Berat isi kering tanah H, h Tinggi sampel tanah H, h Perubahan tinggi sampel tanah K Konstanta kg Kilogram kpa Kilo Pascal LL Batas cair (Liquid Limit) LS Linear Shrinkage MIT Massachusette Institute of Technology m Meter mm Milimeter µm Mikrometer µ Tekanan kapiler OMC Optimum Moisture Content PI Indeks plastis PL Batas plastis xiii
psi Ø qu R S SL Su Sq.m/gr σ τ f UCS USBR USCS U Ua uu v VS w w opt x ZAV line Pound per square inch Sudut geser dalam Tegangan deviator Faktor penyusutan Potensi mengembang Batas susut Undrained shear strength Square meter per gram Tegangan normal Tegangan geser Unconfined Compressive Strength Unified System Burean of Reclamation Unified Soil Classification System Tegangan air pori Takanan udara pori unconsolidated undrained Volume Susut volumetrik Kadar air Kadar air optimum jarak garis zero air void xiv